IODETO E POLITUNGSTATO DE SÓDIO
4.1 Introdução
O fracionamento físico da MOS baseado no tamanho (granulométrico) ou na densidade (densimétrico) tem sido amplamente utilizado em estudos de quantificação e caracterização dos compartimentos da MOS do solo (Cambardella & Elliott, 1992; Christensen, 1992; Cambardella & Elliott, 1993a; Golchin et al., 1994a,b; Freixo et al., 2002a,b,c; Diekow et al., 2005). O fracionamento granulométrico (Cambardella & Elliott, 1992) baseia-se na dispersão do solo mediante uso de agentes dispersantes e separação por peneiramento da matéria orgânica particulada (MOP) de tamanho areia (>53 μm). Particularmente, o fracionamento densimétrico permite estudar a relação entre a composição da MOS, sua localização na estrutura do solo e interação com a matriz mineral, com base na diferença de densidade entre a fração leve (FL) e fração pesada (FP), mediante o uso de produtos com densidade de 1,1 a 2,4 g cm-3 (Christensen, 1992).
A FL representa MOP derivada dos resíduos de plantas e hifas que ainda apresentam estruturas celulares reconhecíveis, cuja permanência no solo está condicionada à recalcitrância de seus compostos constituintes e à proteção física exercida pelos agregados (Sollins et al., 1996), podendo ser metodologicamente separada como fração leve livre (FLL) e fração leve oclusa (FLO). A FL é sensível às práticas de manejo, o que a torna uma importante fração na avaliação da qualidade do sistema de manejo no curto prazo. A FP representa a MOS em avançado estágio de decomposição, associada aos
minerais do solo (Cambardella & Elliott, 1993a), sendo mais estável e com maior tempo de residência no solo do que a FL (Christensen, 2001). Além da recalcitrância e proteção física, a FP é estabilizada no solo pela sua interação com a fração mineral, sendo o estoque de C nesta fração altamente dependente da textura e mineralogia do solo (Hassink et al., 1993; Feller & Beare, 1997)
Dentre os produtos utilizados no fracionamento densimétrico da MOS destaca-se o NaI com densidade máxima ao redor de 1,85 g cm-3, e o PTS, que permite obtenção de soluções com densidade até 2,9 g cm-3. Porém, a eficiência relativa desses produtos entre si não tem sido avaliada. Barrios et al. (1996) utilizaram NaI e PTS para obtenção da FL, porém a metodologia adotada diferiu para cada produto impedindo maiores comparações. Shang & Tiessen (2001) utilizaram PTS e NaI em estudos de fracionamento e comentam brevemente sobre a impossibilidade da utilização dos dados gerados com uso de NaI 1,7 g cm-3 devido à baixa recuperação de C na FL não sendo no entanto atribuída uma razão clara para isso.
Um fator importante é a influência da densidade da solução na recuperação das frações densimétricas do solo, porém, trabalhos com esse enfoque com a obtenção somente da FL são escassos. Shang & Tiessen (2001) utilizando PTS nas densidades de 1,8, 2,0, 2,2 e 2,4 g cm-3 em um método de extração paralela (uma amostra de solo para cada densidade utilizada) para a fração silte de um Latossolo tropical (190 g kg-1 de argila) encontraram incremento do C da FL de 39% pela utilização de solução na densidade 2,0 g cm-3 em comparação a solução na densidade 1,8 g cm-3 e de 43% quando utilizada solução com 2,2 g cm-3 em comparação à solução 2,0 g cm-3. Sohi et al. (2001) em trabalho comparando soluções com diferentes densidades de NaI não obtiveram aumento na recuperação da FLL pela alteração da densidade da solução de 1,6 para 1,7 e 1,8 g cm-3 mas ocorreram aumentos de 10 a 170% para a separação da FLO. Golchin et al. (1994b) utilizando PTS encontraram 188% de aumento no C recuperado na FLO pela alteração da densidade de 1,6 g cm-3 para 1,8 g cm-3 e 48% pela mudança de 1,8 g cm-3 para 2,0 g cm-3 para solos com 170 g kg-1 de argila. Os autores observaram incrementos na recuperação de C de 90 e 19% para as alterações nas mesmas densidades anteriores para um Latossolo (720 g kg-1 de argila).
No presente estudo objetivou-se avaliar a eficiência da solução de NaI e de PTS e, de diferentes densidades da solução de PTS, no rendimento de C da FL da MOS em dois solos com textura e mineralogia distinta.
4.2 Material e métodos
Amostras da camada de 0-5 cm de um Argissolo Vermelho distrófico (Embrapa, 1999) de textura franco-argilo-arenosa, caulinítico, substrato granito, localizado na Estação Experimental Agronômica da UFRGS, em Eldorado do Sul (RS), e de um Latossolo Vermelho distroférrico (Embrapa, 1999) de textura muito argilosa, álico, de um experimento da Embrapa Agropecuária Oeste, localizado no município de Dourados (MS) foram utilizadas no presente estudo. Para o Argissolo foram coletadas amostras de área sob plantio direto por 18 anos na sucessão aveia (Avena strigosa Schreber)+ervilhaca (Vicia sativa L.) / milho (Zea mays L.)+caupi (Vigna unguiculata (L.) Walp) e adubada com 180 kg de N ha-1 ano-1 na cultura do milho. O Latossolo foi amostrado em uma área manejada sob pastagem permanente de braquiária (Brachiaria decumbens) por nove anos. As características dos solos são apresentadas na Tabela 2. As amostras de solo foram coletadas em mini-trincheiras de 10x40 cm, secas ao ar, moídas e passadas em peneira de 2,0 mm. Parte da amostra de solo foi analisada quanto ao teor de carbono orgânico total (COT), através do método de combustão seca em analisador Shimadzu TOC-V SH, e a outra parte, submetida ao fracionamento densimétrico.
Tabela 2. Características gerais dos solos.
Distribuição granulométrica Fração Argila Solo
Areia Silte Argila Óxidos de Ferro Carbono ---g kg-1--- Argissolo Vermelho 540 240 220 56,3 50,4 Latossolo Vermelho 155 215 630 135,0 22,5
A FL e a FP foram separadas por densimetria (Golchin et al., 1994a), em soluções de NaI (d = 1,8 g cm-3) e PTS (d = 1,8, 2,0 e 2,2 g cm-3) sendo a densidade das soluções aferidas por meio de balança. O pH da solução de NaI
foi reduzido para 4,0 mediante adição de HCl 1N, para ser semelhante ao pH inicial da solução de PTS e evitar a solubilização de MOS. O fracionamento foi efetuado em triplicata para cada densidade. Um volume de 80 mL de solução de NaI ou PTS foi adicionado a 20 g de solo em tubo de centrífuga de 100 mL (Figura 1). A suspensão foi submetida à dispersão com ultra-som com energia de 250 J mL-1 para o Argissolo e 450 J mL-1 para o Latossolo, as quais foram previamente determinadas para a obtenção da máxima dispersão dos agregados em suas partículas primárias. Após a dispersão, a suspensão foi centrifugada a 2000 g por 90 minutos e a FL recuperada pela passagem do sobrenadante em filtros Whatman GF/C os quais foram lavados com água destilada para remoção do resíduo do sal. Os filtros com a FL foram secos em estufa a 60°C por 24 horas e, posteriormente, moídos em gral de ágata. Ambas as soluções de NaI e PTS foram recuperadas e recicladas de acordo com metodologia descrita em Six et al. (1999a).
Figura 1. Esquema simplificado do fracionamento físico densimétrico para separação da fração leve (FL), fração pesada (FP) e da fração particulada residual de granulometria tamanho areia (C-areia).
20 g de solo (< 2 mm)
Solução densa, solo
Solução densa, Fração pesada (FP), fração leve (FL)
Fração pesada (FP)
MOP + areia (>53 μm)
(C-areia) silte + argila (<53 μm)
Adicionar 80 mL da solução densa de NaI (1,8 g cm-3) ou PTS (1,8 g cm-3, 2,0 g cm-3 e 2,2 g cm-3)
Sonicar, centrifugar (2000 g – 90minutos)
Filtrar o sobrenadante a vácuo (Whatman GF/C) Recuperar e reciclar a solução densa
Transferir para peneira de 53 μm e lavar com jatos de água.
A FP sedimentada no tubo foi submetida a fracionamento granulométrico (Cambardella & Elliott, 1992) mediante transferência do material para uma peneira de 53 μm e lavagem com jatos de água. O material retido na peneira, composto de areia e MOP, foi passado para potes de 100 mL e seco em estufa a 60ºC, sendo essa fração denominada de C-areia. Visando avaliar a possibilidade de recuperação de argilominerais nas densidades mais elevadas da solução de PTS foram efetuadas análises de ferro total (Fet) (Fey & Dixon, 1983) para a FL e, para a fração argila (<2 μm) que foi obtida através de separação granulométrica (Gee & Bauder, 1986). A FL, a fração C-areia, a argila e o solo integral foram pesados, moídos e analisados quanto aos teores de C pelo método da combustão seca em analisador Shimadzu-TOC-V CSH. A concentração de C na FP foi obtida por diferença entre o C do solo integral e o C da FL. Dessa forma, o C da fração C-areia embora quantificado separadamente, foi contabilizado como pertencente à FP.
Visando a caracterização visual da FL e C-areia por microscopia ótica foi efetuado mais um fracionamento (quarta repetição). Após a obtenção da fração C-areia e transferência com água destilada da mesma para os potes de 100 mL, o material foi agitado com bastão de vidro e o sobrenadante contendo o material orgânico foi transferido para outro pote, completado a 50 mL e uma alíquota de 5 mL sifonada. A FL, a alíquota da fração C-areia e o restante do material orgânico dessa fração foram filtrados em filtro Whatman GF/C, liofilizados e visualizados em microscópio ótico com magnificação de 2 a 8 vezes para identificação visual dos materiais constantes na FL e C-areia e, fotografadas com câmera digital.
Os resultados do fracionamento foram submetidos à análise da variância considerando um delineamento inteiramente casualizado, sendo as diferenças entre médias avaliadas pelo teste de Tukey ao nível de 5% e separadamente para cada solo.
4.3 Resultados e discussão
A utilização da solução de PTS resultou num aumento do rendimento de C na FL de 152% no Argissolo e de 166% no Latossolo em comparação à solução de NaI, ambas com a densidade 1,8 g cm-3(Tabela 3). Possivelmente
uma causa seja a formação de complexos da MOS com o íon I- aumentando a densidade da MOP e diminuindo a recuperação da FL com o uso do NaI. Além de proporcionar aumento do rendimento de C na FL, a utilização da solução de PTS 1,8 g cm-3 também resultou em redução de 73 e 42% no C da fração C-areia, para o Argissolo e Latossolo, respectivamente, demonstrando uma eficiência maior do PTS em relação ao NaI na recuperação da FL da MOS.
Tabela 3. Efeito da solução de Iodeto de Sódio (NaI) e Politungstato de Sódio (PTS) e da alteração da densidade da solução de PTS na recuperação de carbono nas frações leve (FL), fração particulada residual de granulometria tamanho areia (C-areia) e pesada (FP) e, concentração de óxidos de ferro na FL, na camada de 0 a 5 cm.
Solo Produto Densidade FL C-areia FP Ferro
g cm-3 ...g C kg-1 solo... .mg g-1 FL. NaI 1,8 1,83 d 1,67 a 19,52 24,90 PTS 1,8 4,62 c 0,44 b 16,74 24,30 2,0 7,25 b 0,22 b 14,10 29,00 Argissolo 2,2 8,76 a 0,22 b 12,60 32,00 NaI 1,8 1,50 c 1,30 a 24,43 48,50 PTS 1,8 3,99 b 0,75 b 21,93 41,70 2,0 6,31 a 0,44 bc 19,62 50,30 Latossolo 2,2 6,64 a 0,40 c 19,29 49,30
Médias seguidas pela mesma letra na coluna, dentro de cada solo, não diferem entre si pelo teste de Tukey a 5%.
A metodologia utilizada para a obtenção da fração C-areia foi a do fracionamento granulométrico (Cambardella & Elliott, 1992) e, portanto, o material retido nessa fração é, por conceito, MOP a qual deveria ter sido recuperada como FL. Isso foi corroborado pela análise de microscopia ótica que demonstrou ser a fração C-areia constituída basicamente de fragmentos de raízes e organismos da fauna do solo, hifas e resíduos de plantas em decomposição (Figura 2b e Figura 3) possuindo, portanto, semelhança com o material retido nos filtros como FL e observado também ao microscópio ótico (Figura 2a). Embora a concentração de C na fração C-areia obtida com o uso de solução de NaI 1,8 g cm-3 em números absolutos aparentemente seja baixo (1,30 a 1,67 g C kg-1 de solo), a mesma representou aproximadamente 8% do
COT no argissolo sendo mais de 85% do C recuperado como FL. Essa elevada proporção de C na fração C-areia comparativamente a FL é conceitualmente inexplicável uma vez que as partículas simples de granulometria areia são constituídas basicamente de quartzo e minerais primários no Argissolo, não possuindo grande capacidade de efetuarem ligações com a MOS (Elliott et al., 1991; Denef et al., 2001).
Figura 2. Visualização do aspecto dos filtros da fração leve (FL) (a) e do material retido na fração C-areia (b) do Argissolo de Eldorado do Sul e do Latossolo de Dourados. Argissolo NaI 1,8 g cm-3 PTS 1,8 g cm-3 PTS 2,0 g cm-3 PTS 2,2 g cm-3 a) b) Latossolo a) b) NaI 1,8 g cm-3 PTS 1,8 g cm-3 PTS 2,0 g cm-3 PTS 2,2 g cm-3
Figura 3. Detalhe do material recuperado na fração areia após a extração da fração leve da MOS do Argissolo de Eldorado do Sul (a) e do Latossolo de Dourados (b).
A recuperação de C na FL de ambos os solos aumentou aproximadamente 57% com o aumento da densidade da solução de PTS de 1,8 g cm-3 para 2,0 g cm-3 sendo acompanhado por uma diminuição do C na fração C-areia em 50% para o Argissolo e em 41% para o Latossolo. Assim, a redução no rendimento de C da fração C-areia foi de 87 e 66% no PTS 2,0 g cm-3, relativo ao NaI 1,8 g cm-3 para o Argissolo e o Latossolo, respectivamente. O teor de C recuperado na fração C-areia, com o uso de PTS 2,0 g cm-3 representa aproximadamente 1% da concentração do COT em ambos os solos e 3 e 7% do C da FL obtido nessa densidade, para o Argissolo e o Latossolo, respectivamente. O subseqüente incremento na densidade da solução de PTS de 2,0 g cm-3 para 2,2 g cm-3 resultou em aumentos menos expressivos na recuperação de C da FL (5 e 21% para o Latossolo e Argissolo, respectivamente) não ocorrendo diminuição do C na fração C-areia em ambos os solos. Além disso, o uso de solução de PTS 2,2 g cm-3 dificultou o manuseio da amostra no momento da filtragem da FL devido a baixa consistência do “pellet” após a centrifugação.
Ao calcularmos a diferença entre a concentração de C da FL obtida pelo uso de PTS nas densidades 1,8 e 2,0 g cm-3 para o Argissolo, obtivemos o valor absoluto de 2,63 g kg-1 enquanto que o mesmo cálculo para o C da fração C-areia resulta em 0,22 g kg-1. Isso evidencia que o método do peneiramento utilizado na quantificação do C na fração C-areia apresentou uma baixa eficiência na recuperação do C não separado no fracionamento densimétrico.
NaI 1,8 g cm-3 PTS 1,8 g cm-3 PTS 2,0 g cm-3 PTS 2,2 g cm-3
a)
Uma parcela significativa (2,41 g C kg-1 de solo) da FL do Argissolo obtido nas amostras utilizando PTS 2,0 g cm-3 não foi recuperado como C-areia no peneiramento (53 μm) da fração pesada das amostras utilizando PTS 1,8 g cm -3. Da mesma forma, para o Latossolo, ocorreu um aumento de 2,34 g C kg-1 de solo na FL, com uma redução de apenas 0,31 g C kg-1 de solo na fração C-areia. Assim, o uso do método granulométrico posterior ao densimétrico não representou uma alternativa eficiente para a quantificação do C da FL do solo quando foi utilizada solução de NaI, bem como quando do uso de densidades mais baixas da solução de PTS.
Dados de literatura, utilizando NaI, indicam o C na FP como predominante nos solos representando mais de 80% do COT (Roscoe et al., 2001; Sohi et al., 2001; Freixo et al., 2002a,b,c; Roscoe & Buurman, 2003; Pinheiro et al., 2004). No presente estudo utilizando NaI 1,8 g cm-3 o C na FP correspondeu a 91 e 94% do COT para o Argissolo e Latossolo, respectivamente (Tabela 3). Porém, com o uso de PTS 2,0 g cm-3 o C na FP passou a representar 66 e 76% do COT no Argissolo e Latossolo, respectivamente, sendo superiores aos obtidos por Golchin et al (1994b) que quantificaram 28 a 52% do COT na FP também com o uso de solução de PTS 2,0 g cm-3. Assim, o C na FP diminuiu em 5,4 g kg-1 entre NaI 1,8 g cm-3 e PTS 2,0 g cm-3 para o Argissolo (Tabela 3). Para o Latossolo ocorreu uma redução de 4,8 g kg-1para a FP na mesma comparação. Dessa forma, a importância da FP no estoque de MOS foi diminuída pela maior recuperação de C na FL com a utilização do PTS.
O aumento na recuperação de C como FL, pelo aumento da densidade de PTS, foi acompanhada por um acréscimo na concentração de ferro na FL (Tabela 3), sugerindo uma contaminação dessa fração orgânica com fração mineral (óxidos de Fe e argila). Considerando que com a utilização de NaI 1,8 g cm-3 os filtros não apresentaram evidências de presença de argila, a fração obtida nessa densidade foi utilizada como referência da concentração de Fet na FL da MOS. Com o uso do PTS 1,8 g cm-3 as amostras tiveram concentrações de Fet inferiores às obtidas para o NaI 1,8 g cm-3. O uso de PTS 2,0 e 2,2 g cm-3 resultou em aumento na concentração de Fet para o Argissolo de 16 e 28%, respectivamente, relativo ao NaI 1,8 g cm-3. Com base nos teores de Fet da fração argila (Tabela 2) estimou-se que a contaminação da FL com C
da fração argila variou de 6,8 a 10,4% no Argissolo e de 1,9 a 3,5% no Latossolo, a qual foi considerada baixa em todos os tratamentos. Esses percentuais são inferiores ao percentual de incremento de C na FL obtido pelo uso da densidade de 2,0 g cm-3 em substituição a densidade de 1,8 g cm-3 (57% para ambos os solos).
4.4 Conclusões
A solução de PTS foi mais eficiente na recuperação da FL do que a solução de NaI, ambos em densidade 1,8 g cm-3.
A solução de PTS na densidade 2,0 g cm-3 mostrou-se mais adequada para utilização em estudos de fracionamento densimétrico da MOS por aumentar o rendimento da FL.
5 ESTUDO II: FRACIONAMENTO DENSIMÉTRICO COM IODETO